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树脂基玻璃鳞片涂料的现状和发展

时间: 2011-07-07 20:00 来源: 作者: 邬润德 童莜莉< 点击:
一 前言

本文阐述了国内外树脂基玻璃鳞片的发展状况、制造工艺、配制中的问题、主要特性、施工、拓宽应用、今后研究的动向,并提出了我国树脂基玻璃鳞片涂料发展应用的一些参考意见。

玻璃鳞片是一种只有2~4um厚的片状玻璃质填料,用它作环氧树脂防腐蚀涂料配方中的填料,在一毫米厚的截面中可有上百片平行排列的玻璃鳞片,腐蚀介质必须绕过它而渗入下一层树脂层,据在石油油罐或管道中应用实例表明,用它涂装的油罐防腐蚀寿命可达20年以上。环氧树脂玻璃鳞片涂料特别适用于沿海盐雾区、飞溅区和油罐内表面涂层等。 二十世纪50年代中期,玻璃鳞片是由Owens-Corning Fiber公司发展起来的,1956年开始试用玻璃鳞片制造环氧树脂玻璃鳞片涂料用于重防腐蚀工程。1957年用于混凝土基体设备的防腐蚀,同时开始了玻璃鳞片填充热塑性管道衬里技术。1958~1962年应用改进的固化催化剂装置(Binks-18型喷枪枪)喷涂不饱和聚酯树脂玻璃鳞片涂料,取得了较好的效果。到二十世纪60年代,OCF公司将树脂基玻璃鳞片涂料技术转让,这样树脂基玻璃鳞片涂料及技术开始传入欧洲、日本,应用领域从石油化工,海洋领域扩大到交通、能源和工业水处理等行业。二十世纪80年代初,我国与日本对口技术交流中,我国开始重视这一产品和技术信息;此后,我国有关研单位作了一系列研究,与此同时在南京扬子乙烯、冀鲁石化化肥厂的引进装置中采用了日本进口的环氧树脂玻璃鳞片涂料。目前,我国生产的填料型玻璃鳞片还处于中型批量生产规模,玻璃鳞片宽度为6~10μm,大部分没有经过表面处理。树脂基玻璃鳞片涂料品种主要是环氧树脂玻璃鳞片涂料、环氧树脂-沥青玻璃鳞片涂料和不饱和聚酯树脂玻璃鳞片涂料等。

二 玻璃鳞片的制造

最初的玻璃鳞片制造是采用人工吹胀1000℃以上C型中碱玻璃熔体成极簿的玻璃泡制成的,由于玻璃熔体受到双向拉伸后骤冷,玻璃大分子存在一定程度的取向的属亚稳态结构,这种玻璃片性能比普通玻璃具有强度大、比重小、韧性高的特点。由于人工吹制压力较难控制,因此,产品质量低劣。OCF公司采用的是,将熔融玻璃引入成型套筒,经牵引形成一个连续的锥形模,用一对夹辊进行拉伸,冷却的玻璃泡壁被轧辊破碎后用气流输送到锤式磨碾磨,经迂一定尺寸筛子的过筛,即成玻璃鳞片。当今,国外制造玻璃鳞片的专利表明,为不使拉制的玻璃膜筒在轧碎时造成二层粘连,在粉碎玻璃膜前采用了防粘技术,这样制成的玻璃鳞片有较好的分散性。为了使玻璃鳞片有高的增强效果,一种较大面积厚度比和较大长宽比的玻璃带通过改进口模拉制而成,这种长条玻璃带(又称:Ribbon)生产方法已有实用专利,这种玻璃鳞片最薄只能达到10~20μm。

制造玻璃鳞片选用的原料为含中碱的C型玻璃,因它不但具有良好的工艺性能,还有良好的耐蚀性能,C型玻璃中含碱量高能降低熔融温度、粘度、析晶性对鳞片吹制有利,但含碱量过高,超过12%会显著降低其耐腐蚀性。要制得薄而高强度的玻璃鳞片最关键的要控制工艺,即熔体温度、吹制压力、冷却速度等要素。温度过高,粘度过小吹制压力较难控制,温度过低难得超薄鳞片,分子取向也困难。因此,除要有配套的机械设备外,还需合适的工艺配合。

三 树脂基玻璃鳞片涂料的制造

生产树脂基玻璃鳞片涂料所选用玻璃鳞片的薄度是十分关键的,鳞片越薄,在同样厚度涂层中片数越多,阻挡介质能力越大。鳞片粒度选用在O.04~3 mm,即300目~6目。粒度影响主要有三点:一是对粘度的影响,粒度大,填充量增加粘度上升快,造成施工困难;二是粒度大的鳞片易吸附气体而使脱泡困难;三是粒度大对介质渗透的屏蔽效果好,但粒度大于48目该效果不明显,这可能是大鳞片吸附空气形成气泡而抵消了它的屏蔽效果。对涂料而言,一般取粘度小些以便于喷涂施工,用作腻子的料可采用粗粒度的玻璃鳞片。玻璃鳞片在涂料中的含量一般在20~40%较好,高于40%易产生沉淀结块,涂层气泡率增加,施工困难,耐蚀性反而下降,真空搅拌有利于消除玻璃鳞片上粘附的气泡,作胶泥应用时,玻璃鳞片含量可允许大于40%。

玻璃鳞片的表面状态与树脂的润湿能力,将直接影响它们之间的界面状态及其在涂层中的平行排列率。因此,玻璃鳞片需用偶联剂进行处理,以剂降低它与树脂的界面张力,常用的处理剂为有机硅烷偶联剂,用漂浮剂防止沉淀,不同的树脂应选择不同分子结构的偶联剂。

树脂基玻璃鳞片涂料常选用的树脂有,环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、呋喃树脂和乙烯基树脂,这些树脂大多以无溶剂形式使用,因此可制得厚浆型涂料,一次喷涂可达100~200μm。也可将玻璃鳞片加入到聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、氯醋树脂、氯化、氯磺化聚乙烯中制成溶剂型涂料。

四 树脂基玻璃鳞片涂料的性能

1,耐化学药品性

常用的环氧树脂、不饱和聚酯树脂基鳞片涂料有较好耐酸、碱、石油溶剂、各类盐和水的侵蚀,其耐腐蚀性优于同类树脂制的玻璃钢,如对5%HNO3,40%铬酸,50%氯乙酸,这些常用树脂固化物在60~90℃时一般是不耐的,但用玻璃鳞片涂层来防腐蚀却有很成功的经验,水对涂层的渗透较快,水在玻璃鳞片涂层中的扩散系数,据测定要比未加玻璃鳞片 的小一个数量级。在温度梯度下测试,O.5mm厚树脂基玻璃鳞片涂料的涂层抗水渗透时间大于2mm厚的玻璃钢制品。经电镜分析后表明,浸泡于同一腐蚀介质中的树脂基玻璃鳞片涂料的涂层和玻璃钢,结果当1.5mm厚玻璃钢制品全渗透时,树脂基玻璃鳞片涂料的涂层试样只渗入150μm。在海水中钢桩涂装树脂基玻璃鳞片涂料后的年腐蚀速率比涂焦油环氧涂料小5~8倍。

2,物理机械性能

大量玻璃鳞片填充在树脂基玻璃鳞片涂料的涂层中,提高了机械强度、表面硬度、耐磨性和附着力;同时降低了涂层的热膨胀系数和固化收缩率,并增加了对热冲击的抵抗能力和耐热性。如环氧树脂填充30%玻璃鳞片的涂料,其涂层强度要比用石英粉填充的提高近200kg/cm2,抗冲击性提高2kg·cm/cm2。环氧树脂玻璃鳞片涂料的试样在酸介质中浸渍后抗弯强度保留率达90%以上。由于玻璃鳞片的增强效果,可降低树脂固化物的膨胀系数近50%,接近碳钢的膨胀系数,固化收缩率降低到1/10~1/20,环氧树脂玻璃鳞片涂料的涂层经激光光强测试结果表明无双折射现象,说明涂料在固化时几乎无内应力,它在温差变化较大场合使用,比FRP有更好的附着力和抗脱粘、抗剥离能力。OCF公司进行了-30℃~50℃的树脂基玻璃鳞片涂料的涂层热冲击循环试验。经1000小时试验,不影响其附着力、耐磨性和耐开裂性。由于这一优点在较大程度上可代替玻璃钢衬里。玻璃是硬质,耐磨材料,可提高衬里的硬度,用玻璃鳞片填充树脂与用云母粉填充作对比表明,在湿态环境中应用,玻璃鳞片涂层基本保持原干态硬度,而云母粉填充的涂层在长期浸泡后硬度呈下降趋势。玻璃鳞片衬里的使用其耐热性比同类树脂涂层可提高20~40℃,因此常用于石油输油管线、热水管线、耐热化工装置等。

3, 耐候性

玻璃鳞片的折光率与树脂相差较大,其表面微曲,它平行排列于涂层中可反射大量紫外线,从而降低树脂的老化,经400h加速老化试验,用玻璃鳞片填充的涂层比铝粉、云母氧化铁、钛白粉填充的涂层,无论在粉化失重、涂膜减薄、原始光泽减退等指标要好得多。

4, 介电性能

合成树脂是绝缘体,但在潮湿环境下介电性会变坏,以致不能用在高绝缘场合。玻璃鳞片是绝缘体,它同样有优良的抗水汽渗透性,测定表明,用玻璃鳞片填充的树脂试样比未填充的有小10倍水汽渗透率,因此它在潮湿环境下工作具有优良的绝缘性。经测定含30%玻璃鳞片环氧树脂的体积电阻表明,它比用二氧化硅粉填充的试样经沸水浸泡后高一个数量级。

五 树脂基玻璃鳞片涂料的施工

细粒度的树脂基玻璃鳞片涂料可采用喷涂和高压无气喷涂,粗粒度和厚浆型的树脂基玻璃鳞片涂料可用抹涂和辊涂。刷涂易带进空气泡和带走鳞片,一般不宜采用。早期鳞片涂料粘度高,施工寿命短,喷涂后须用辊筒滚平,施工质量较难保证,近二十年来问题渐渐解决,目前,聚酯玻璃鳞片涂料的施工使用时间已可长达5小时;偶联剂、触变剂、漂浮助剂的应用,使一次喷涂厚度达到300μm,而不流挂,由于涂料表面张力减小、喷涂后表面不需再进行滚平。随着喷涂工具的改进,如较常用的有wiwa型和Graco高压无气喷涂装置和Hotspray(热喷涂)型双组份喷涂装置,保证了施工质量。

涂装前涂装面需进行表面处理,钢制设备经喷砂后可达瑞典标准Sa2-1/2级,水泥表面必须干燥,含水量要小于6%,新生水泥表面尚需进行酸化处理,并去除浮灰。最好的办法是先用聚氨酯涂料打底,待涂料固化后再涂树脂基玻璃鳞片涂料,其厚度一般不低于300~400μm,对强腐蚀介质,涂层的厚度可加厚至l~2 mm厚。树脂基玻璃鳞片涂料也可与玻璃纤维布复合应用,有利于发挥各自特长以提高防腐蚀效果;树脂基玻璃鳞片涂料也可制成胶泥状,用于建筑施工中的嵌缝,以提高勾缝的耐开裂性和抗渗性。

大面积树脂基玻璃鳞片涂料施工,应与树脂基玻璃纤维增强施工工艺一样,在分块、分段施工间留下搭接长度,再补上余下搭接处,搭接后的涂层整体性优于树脂基玻璃纤维增强复合材料。树脂基玻璃鳞片涂料固化后要进行检查,在有气泡、开裂、脱层处应进行局部修补,用测厚仪检查厚度,对过薄处应进行补涂。

六 应用及发展前景

树脂基玻璃鳞片涂料由于具有高的抗腐蚀性、耐磨性和整体性,因此提供了一个广阔的应用前景,最初它被推荐用于排烟脱硫装置,以防止公害,然后在海洋开发工程,建筑物、构造物、船舶的内舱、甲板、海水水箱、海洋钻井、采油平台、桥梁钢架、石油贮罐、化学工程设备以及食品发酵装置等方面应用。目前在一些新的工业领域、新的用途方面,也已得到广泛的应用。如用不饱和聚酯制成水下的防腐蚀玻璃鳞片涂料,当配入毒性添加剂后还具有水下长效防污性。这是利用玻璃鳞片的阻挡渗透扩散作用使涂料中的毒性添加剂的反渗透时间延长,因此具有长效性。当涂料的玻璃鳞片含量高时,涂层尤如一种高度完整的玻璃质体,具有良好的耐磨性、抗冲击性,因此,还可用作破冰船的保护涂层。将玻璃鳞片加入聚丙烯酸树脂中,还可制成一种能反射太阳光的隔热涂料,还具有良好的耐候性,可用于金属屋顶、石油贮罐、粮仓等需要隔热的环境。在环氧树脂粉末涂料中加入玻璃鳞片,可制成类似搪玻璃具有的耐热、耐蚀性能,可用于管道内外壁防护。玻璃鳞片表面涂锌,还可制成油罐内壁用的防腐蚀、抗静电涂料。将树脂基玻璃鳞片涂料涂于钢板,上复改性聚乙烯薄片,可压制成剥离强度高的复合材料。环氧树脂玻璃鳞片涂料用于游泳池有优良的抗含氯水性能。将树脂基玻璃鳞片涂料用于电机及易振机械外壳,能起到声阻尼作用而减少噪音。

由于树脂基玻璃鳞片涂料的高抗腐蚀性,使用寿命长,因此它在经济上可和衬胶、衬塑、衬玻璃钢和衬瓷砖相竞争,在喷涂法快速施工和易修理方面,也是上述几种防腐蚀工艺技术所不及的。

目前,树脂基玻璃鳞片涂料还局限于用厚涂层,这在经济上一次保护防腐蚀的投资较大。因此,需要提供更高性能的树脂基玻璃鳞片涂料,应开展深度的技术研究,如包括将玻璃鳞片磨到合适的粒度及粒度分布,以适合机械喷涂涂装;玻璃鳞片的处理技术也在发展,以便使玻璃鳞片在涂料制造中,能不通过辊压而大多处于平行取向;更薄的玻璃鳞片的研制,将使静电喷涂工艺得以实现;研制符合既有防护性又有装饰性的树脂基玻璃鳞片涂料,将大大拓宽树脂基玻璃鳞片涂料的应用领域,此外,应显著降低树脂基玻璃鳞片涂料的成本,以使该涂料在更广的领域中得到推广应用。

我国在树脂基玻璃鳞片涂料防腐蚀应用领域有着广阔的应用前景,大量输油、输气管道和化工贮罐需进行长效防护、防腐蚀,如一个未经防腐蚀处理的三万立方米贮油罐,一般只有十年的使用寿命,若使用环氧树脂玻璃鳞片涂料保护,至少可延长寿命10~20年,其经济效益和现实意义十分明显。大型化肥厂的碳化塔使用环氧树脂玻璃鳞片涂料作衬里已取得实践经验;用于扬子乙烯工程中的冷却塔、吸收塔、氧化塔及各种贮槽效果良好;铁路煤车、钢厂酸洗槽、高层建筑物钢制框架、码头钢桩等工程中均得到了推广应用,并取得了良好的技术效应和经济效益。

为加速树脂基玻璃鳞片涂料在我固的广泛应用,还应开展一系列的工作:

(1) 开展玻璃鳞片的机械化生产,以保证玻璃鳞片的质量和降低玻璃鳞片成本。
(2) 研究玻璃鳞片的表面偶联化处理技术和工艺的研究,以提高树脂基玻璃鳞片涂料的施工性、抗渗性、防沉性。
(3) 推广合适的施工工具和喷涂机械。
(4) 研制各种用途的树脂基玻璃鳞片涂料,使其产品形成系列化。
(5) 制订树脂基玻璃鳞片涂料的产品标准、测试标准和施工规范。
(6) 配套生产适合树脂基玻璃鳞片涂料用的低粘度树脂。 (end)

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